等壓濾餅過濾過程中五個基本理論問題之探討
——非均布濾餅的局部比阻與平均比阻的測定與計算方法

宋志黎* 宋顯洪

（上海洪利凈化科技有限公司）

工業生產中液固過濾物料無數，過濾過程形成的濾餅種類極多。按照濾餅層內局部孔隙率或局部比阻沿濾餅層濾液縱向流動方向分布，應將濾餅層分為局部孔隙率或局部比阻皆均等的濾餅稱為均布濾餅；而將局部孔隙率或局部比阻非均等的濾餅為稱非均布濾餅。傳統的過濾理論將均布濾餅稱之為不可壓縮濾餅，將非均布濾餅稱為可壓縮濾餅。

在《等壓濾餅過濾過程中五個基本理論問題之探討》系列論文中已提出，等壓濾餅過濾的單位過濾面積的濾液體體積q與t之間的關系如下：

t——累積的過濾時間，s；

t*——濾液通過濾餅層與過濾介質的總時間，s；

tm——表征過濾介質的原始阻力對過濾時間t的影響，可近似認為等壓過濾一啟動，從過濾介質與料漿接觸面，濾液通過過濾介質的時間，通過記錄開始加壓與濾液流出過濾介質的時間差，即可初步直接測得tm值，還可通過計算求得比較正確的tm值；

qm——近似看成與tm相對應的虛擬濾液量，把過濾介質虛擬地假設為一層濾餅，形成該層濾餅的過濾時間為tm，在該時間內所得到濾液量為qm；

ξ——系數；

n——指數，表征濾餅層的結構的參數，均布濾餅n=2，非均布濾餅n＞2。

均布濾餅的tm，ξ，n等參數可以通過計算求得，非均布濾餅的tm，ξ，n等參數需要實驗測定。

《等壓濾餅過濾過程中五個基本理論問題探討》系列論文中理論推導出，過濾介質阻力Rm與累計過濾時間t的數學方程為：

過濾介質阻力Rm與單位過濾面積所得的累計濾液體積q之間關系為：

1 均布濾餅的局部比阻α與平均比阻αcp的計算公式

式中：c——濾餅總體積除以濾液體積。

2 非均布濾餅的局部比阻α的新計算方法探討

在《等壓濾餅過濾過程中五個基本理論問題探討》系列論文中，n＞2 的非均布濾餅內，不同濾餅層位置h的局部比阻α（h）的計算式如下：

h無法直接正確測量，因此不利用測量不同濾餅層位置h時的“局部比阻”α（h），而計算不同濾液總體積q時的局部比阻α（q），因為在過濾過程中，q值可以直接與正確測量。

首先，等壓濾餅過濾過程中，過濾的基本方程為：

用等壓過濾過程中取得的均布濾餅一系列t與q

在非均布濾餅等壓過濾過程中，q值不同時，其薄層濾餅的濾餅體積除以濾液體積的c值不可能是常數，但目前無法正確測量。如果在測試濾餅比阻的過濾試驗中，能確保被過濾料液在過濾過程中無沉降現象，另外濾餅層總厚度不超過5～10 mm；過濾壓差不超過0.1～0.2 MPa，可近似認為整個濾餅層內各層c值是常數，則式（7）可以表示為：

3 n＞2的非均布濾餅的平均濾餅比阻αcp計算公式

在過濾工程的設計計算過程中，最重要的是不同壓差下整個濾餅層的平均比阻，即整個濾餅層最終厚度為hmax時的平均比阻αcp，或最終濾液體積qmax時的平均αcp。αcp的計算公式如下：

4 實測與計算實例

4.1 實驗

4.2 實驗測定數據

實驗測得的數據可見表1。

表1 復方連翹-金銀花水提液過濾的qi與ti實測數據

將表1 中的qi與ti值作圖，圖1 所示為該物料在過濾壓差為0.2 MPa 條件下qi與ti實測值的變化情況。

圖1 0.2 MPa時qi與ti實測值變化情況

按照表1 的實測數據，可以得出qm，ξ，tm等參 數：qm=0.881×10-2m3/m2，ξ=226 986.5，n=2.41，tm=2.075 s。

表2 是復方連翹-金銀花水提液過濾的實測qi，ti值與根據式（1）計算得到的qi與ti值，實測qi與ti值與計算qi與ti值的絕對誤差及相對誤差，以及計算得到的局部比阻α（qi）值。圖2 為不同qi時，α（qi）與qi的關系。

表2 復方連翹—金銀花水提液過濾的計算值與實測值及其誤差

圖2 不同qi 值時，計算所得α(qi )與qi 之間的關系

5 總結

液固過濾是各種工業生產過程中不可缺少的單元操作。難濾物料中除了部分是特細物料，絕大部分都是可壓縮濾餅，即局部比阻非均布濾餅。

至今國內外還沒有較正確的局部比阻的測定與計算方法，既影響工業生產上過濾工程的設計計算，導致能耗與物耗增大，投資成本與操作成本不合理增加，又導致生產環境惡化，生產安全性降低。由于沒有較正確的局部比阻的數值，導致該物料的工業化生產無法數字化顯示與智能化管理。

本文對難濾物料的局部比阻與平均比阻的測試計算理論重新研究后，得出了新的測試與計算方法。新的計算方法應與作者提出的專門用于測定濾餅層比阻的新專利技術相結合使用，該專利最大優點是能消除測試過程中液固分層與沉降現象對測試結果正確性的干擾。